[go: up one dir, main page]

RU2572002C1 - Voltage converter control method - Google Patents

Voltage converter control method Download PDF

Info

Publication number
RU2572002C1
RU2572002C1 RU2014125884/07A RU2014125884A RU2572002C1 RU 2572002 C1 RU2572002 C1 RU 2572002C1 RU 2014125884/07 A RU2014125884/07 A RU 2014125884/07A RU 2014125884 A RU2014125884 A RU 2014125884A RU 2572002 C1 RU2572002 C1 RU 2572002C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
circuit
voltage
transistors
transformer
current
Prior art date
Application number
RU2014125884/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Александрович Глебов
Василий Андреевич Жигачёв
Original Assignee
Борис Александрович Глебов
Василий Андреевич Жигачёв
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Борис Александрович Глебов, Василий Андреевич Жигачёв filed Critical Борис Александрович Глебов
Priority to RU2014125884/07A priority Critical patent/RU2572002C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2572002C1 publication Critical patent/RU2572002C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: in voltage converter control method two sequences of paraphrase pulse signals are generated - the first sequence and the second sequence, at that the second sequence of paraphrase pulse signals is shifted in regard to the first sequence of paraphrase pulse signals per adjusted time period. The first and second transistors are controlled by paraphrase pulse signals of their first sequence while the third and fourth transistors are controlled by paraphrase pulse signals of their second sequence.
EFFECT: improving operating reliability of voltage converter.
8 dwg

Description

Устройство, в котором реализуется предлагаемый способ управления силовыми транзисторами (силовыми ключами), относится к силовой преобразовательной технике. Устройство предназначено для преобразования и регулирования энергии, потребляемой от источника постоянного тока, и передачи преобразованной энергии ее приемнику с использованием трансформаторной связи между цепями источника и приемника энергии.A device in which the proposed method for controlling power transistors (power switches) is implemented relates to a power converter technique. The device is designed to convert and control the energy consumed from a direct current source, and transfer the converted energy to its receiver using transformer coupling between the source and receiver power circuits.

Известен преобразователь напряжения, который содержит силовые управляемые ключи, соединенные по мостовой схеме, а также цепь, которая образована обмоткой магнитного накопителя энергии, конденсатором и первичной обмоткой силового трансформатора. Указанные элементы соединены последовательно. Первичная обмотка трансформатора связана магнитно с вторичной обмоткой, подключенной через выпрямитель к конденсатору выходного фильтра. Нагрузка и конденсатор выходного фильтра соединены параллельно (В.И. Мелешин. Транзисторная преобразовательная техника. - М.: Техносфера. 2005., рис. 13.7-а, стр. 295).A known voltage converter, which contains power controlled keys connected by a bridge circuit, as well as a circuit that is formed by a winding of a magnetic energy storage device, a capacitor and a primary winding of a power transformer. These elements are connected in series. The primary winding of the transformer is magnetically connected to the secondary winding connected through a rectifier to the capacitor of the output filter. The load and the capacitor of the output filter are connected in parallel (V.I. Meleshin. Transistor converter technology. - M .: Technosphere. 2005., Fig. 13.7-a, p. 295).

В известном устройстве для регулирования энергии, передаваемой потребителю, использованы резонансные явления, возникающие в LC-цепи, образованной обмоткой магнитного накопителя энергии и конденсатором, которые соединены друг с другом последовательно.In the known device for regulating the energy transmitted to the consumer, resonance phenomena occurring in an LC circuit formed by a winding of a magnetic energy storage device and a capacitor are used, which are connected to each other in series.

Управление силовыми транзисторами, образующими мостовую схему, осуществляется путем поочередного отпирания на время, равное половине периода работы устройства (реально чуть меньшее половины периода), двух пар транзисторов, причем в каждой паре транзисторы принадлежат двум противолежащим ветвям мостовой схемы.The control of power transistors forming a bridge circuit is carried out by alternately unlocking for a time equal to half the period of operation of the device (actually slightly less than half the period), two pairs of transistors, and in each pair the transistors belong to two opposite branches of the bridge circuit.

Регулирование энергии, передаваемой потребителю, осуществляется путем изменения частоты коммутации силовых транзисторов, т.е. частоты работы устройства. При этом возможны два режима управления.The energy transferred to the consumer is regulated by changing the switching frequency of the power transistors, i.e. the frequency of the device. In this case, two control modes are possible.

Первый режим реализуется при условии, что в пределах диапазона частот, используемого для регулирования, рабочие частоты ниже резонансной частоты LC-цепи. В этом случае импульсы тока выходной цепи выпрямителя тока вторичной обмотки, поступающие в конденсатор выходного фильтра, имеют вид полуволн, разделенных паузами. Путем уменьшения рабочей частоты достигается уменьшение средней мощности, передаваемой в нагрузку.The first mode is implemented provided that within the frequency range used for regulation, the operating frequencies are lower than the resonant frequency of the LC circuit. In this case, the current pulses of the output circuit of the secondary rectifier current flowing into the capacitor of the output filter have the form of half waves separated by pauses. By reducing the operating frequency, a reduction in the average power transmitted to the load is achieved.

Недостаток такого режима управления состоит в том, что импульсные токи силовых транзисторов и вентильных элементов выходного выпрямителя значительно превышают средние значения токов, которым пропорциональна мощность, передаваемая в нагрузку. Из-за этого возникает необходимость увеличения установленной мощности транзисторов и вентильных элементов при данном значении мощности в нагрузке. Кроме того, мощность тепловых потерь в элементах схемы, пропорциональна квадрату мгновенных значений токов, и поэтому она нарастает более резко, чем средняя мощность, передаваемая в нагрузку. Как следствие, снижается эффективность преобразования энергии (к.п.д.).The disadvantage of this control mode is that the pulsed currents of power transistors and valve elements of the output rectifier significantly exceed the average currents, which are proportional to the power transmitted to the load. Because of this, there is a need to increase the installed power of transistors and valve elements at a given value of power in the load. In addition, the heat loss power in the circuit elements is proportional to the square of the instantaneous current values, and therefore it grows more sharply than the average power transmitted to the load. As a result, the energy conversion efficiency decreases (efficiency).

Второй режим управления силовыми транзисторами мостовой схемы реализуется при условии, что в пределах диапазона частот, используемого для регулирования, рабочие частоты выше резонансной частоты LC-цепи.The second control mode of the power transistors of the bridge circuit is implemented provided that within the frequency range used for regulation, the operating frequencies are higher than the resonant frequency of the LC circuit.

При втором режиме управления выпрямленный ток вторичной обмотки представляет собой непрерывную последовательность импульсов тока, плавно нарастающих от нуля и плавно до нуля спадающих. Путем увеличения рабочей частоты уменьшают площадь этих импульсов (их амплитуду и длительность) и, как следствие, уменьшают мощность, передаваемую в нагрузку. Недостаток второго режима управления состоит в том, что уменьшение выходной мощности при увеличении рабочей частоты сопровождается возрастанием коммутационных потерь, поскольку увеличивается число коммутаций в единицу времени. Кроме того, затруднительно реализовать режим холостого хода, так как для этого частоту коммутаций нужно увеличивать многократно, что сопровождается снижением к.п.д. преобразования энергии.In the second control mode, the rectified current of the secondary winding is a continuous sequence of current pulses, gradually increasing from zero and gradually falling to zero. By increasing the operating frequency, the area of these pulses (their amplitude and duration) is reduced and, as a result, the power transmitted to the load is reduced. The disadvantage of the second control mode is that a decrease in the output power with an increase in the operating frequency is accompanied by an increase in switching losses, since the number of switching per unit time increases. In addition, it is difficult to implement the idle mode, since for this the switching frequency must be increased many times, which is accompanied by a decrease in efficiency energy conversion.

Известен способ управления силовыми транзисторами мостовой схемы, получивший название "фазовое управление" ("phase-shift pulse wight modulation" - "phase-shift PWM", англ.). Способ состоит в том, что первый и второй транзисторы, соединенные в мостовой схеме последовательно, управляются парафазными импульсными сигналами первой их последовательности. Третий и четвертый транзисторы, также соединенные в мостовой схеме последовательно, управляются парафазными импульсными сигналами второй их последовательности. При этом вторая последовательность парафазных импульсных сигналов сдвинута относительно первой последовательности на регулируемое время. Изменением времени сдвига между импульсными последовательностями обеспечивается регулирование величины выходного напряжения.A known method of controlling power transistors of a bridge circuit, called "phase control" ("phase-shift pulse wight modulation" - "phase-shift PWM", Eng.). The method consists in the fact that the first and second transistors connected in series in the bridge circuit are controlled by paraphase pulse signals of the first sequence. The third and fourth transistors, also connected in series in the bridge circuit, are controlled by paraphase pulse signals of their second sequence. In this case, the second sequence of paraphase pulse signals is shifted relative to the first sequence by an adjustable time. By changing the shear time between the pulse sequences, the output voltage is regulated.

Фазовое управление применяется в мостовых схемах, в которых первичная обмотка силового трансформатора подключена к выходной цепи через обмотку дросселя, а выходной фильтр устройства эквивалентен последовательной LC-цепи. Фильтр подключен к вторичной обмотке силового трансформатора (Мелешин В.И., Овчинников Д.А. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии. - М.: Техносфера. 2011. - 576 с., глава 3).Phase control is used in bridge circuits in which the primary winding of the power transformer is connected to the output circuit through the inductor winding, and the output filter of the device is equivalent to a series LC circuit. The filter is connected to the secondary winding of the power transformer (Meleshin V.I., Ovchinnikov D.A. Control of transistor power converters. - M .: Technosphere. 2011. - 576 p., Chapter 3).

Дроссель в цепи первичной обмотки трансформатора предназначен для накопления энергии, достаточной для обеспечения резонансного процесса перезаряда емкостей силовых транзисторов и их отпирания при нуле напряжения. Индуктивность обмотки дросселя в цепи первичной обмотки трансформатора ограничивает скорость нарастания тока первичной обмотки. Пока мгновенное значение тока первичной обмотки не достигнет уровня, трансформируемого из вторичной обмотки в первичную обмотку, напряжение на обмотках трансформатора равно нулю, и он не передает энергию. Таким образом, даже при максимальном значении времени задержки второй последовательности управляющих парафазных импульсов относительно первой последовательности (максимум времени задержки равен половине периода работы схемы) существует некоторое минимальное время паузы в передаче энергии трансформатором. Чтобы сократить это время, индуктивность обмотки дросселя в цепи первичной обмотки трансформатора и, соответственно, энергию, накопленную в дросселе, сокращают до минимума, но так, чтобы этот минимум был бы достаточен для реализации режима отпирания силовых транзисторов при нуле напряжения.The inductor in the primary circuit of the transformer is designed to store enough energy to ensure the resonant process of recharging the capacitors of power transistors and unlocking them at zero voltage. The inductance of the inductor winding in the primary winding of the transformer limits the slew rate of the primary winding current. Until the instantaneous value of the primary winding current reaches the level that is transformed from the secondary winding to the primary winding, the voltage on the transformer windings is zero, and it does not transmit energy. Thus, even with the maximum value of the delay time of the second sequence of control paraphase pulses relative to the first sequence (the maximum delay time is equal to half the period of the circuit), there is some minimum pause time in the energy transfer by the transformer. To reduce this time, the inductance of the inductor winding in the primary circuit of the transformer and, accordingly, the energy stored in the inductor, are reduced to a minimum, but so that this minimum would be sufficient to implement the unlocking mode of the power transistors at zero voltage.

Регулирование осуществляют путем изменения паузы в передаче энергии трансформатором. Ее минимальное значение, как отмечалось, обусловлено присутствием индуктивности в цепи первичной обмотки трансформатора. Преобразователь в целом при таком регулировании эквивалентен источнику напряжения по отношению к нагрузке. Средний уровень эквивалентного источника напряжения пропорционален произведению напряжению питания и длительности передачи энергии трансформатором в каждом такте, отнесенной к длительности такта. Ток выходной цепи преобразователя при фазовом управлении определяется сопротивлением нагрузки, и при низком значении этого напряжения ток выходной цепи может принимать недопустимо высокие значения. Это заставляет осложнять как силовую схему введением в нее датчика тока выходной цепи, так и алгоритм управления, а также устройство управления, реализующее этот алгоритм. Задача такого усложнения - предотвратить перегрузку по току выходной цепи преобразователя. Необходимость усложнения алгоритма управления и устройства управления, реализующего алгоритм, возникает также при создании системы преобразователей, выходные цепи которых соединены параллельно и подключены к общей нагрузке. В этом случае цель усложнения - не допустить перегрузку по току отдельных преобразователей в системе и обеспечить выравнивание токов в их выходных цепях.Regulation is carried out by changing the pause in the energy transfer by the transformer. Its minimum value, as noted, is due to the presence of inductance in the primary circuit of the transformer. The converter as a whole with this regulation is equivalent to a voltage source with respect to the load. The average level of the equivalent voltage source is proportional to the product of the supply voltage and the duration of the energy transfer by the transformer in each cycle, related to the duration of the cycle. The current of the output circuit of the converter during phase control is determined by the load resistance, and with a low value of this voltage, the current of the output circuit can take unacceptably high values. This makes complicating both the power circuit the introduction of an output circuit current sensor into it, and the control algorithm, as well as a control device that implements this algorithm. The task of this complication is to prevent current overload of the converter output circuit. The need to complicate the control algorithm and the control device that implements the algorithm also arises when creating a system of converters, the output circuits of which are connected in parallel and connected to a common load. In this case, the purpose of complication is to prevent current overload of individual converters in the system and to ensure the alignment of currents in their output circuits.

Сущность предложения, содержащегося в данной заявке, использование фазового управления силовыми транзисторами преобразователя напряжения, силовая схема которого подобна по топологии мостовому резонансному DC/DC-преобразователю.The essence of the proposal contained in this application is the use of phase control of power transistors of a voltage converter, the power circuit of which is similar in topology to a bridge resonant DC / DC converter.

Объектом, в котором реализуется способ управления, является преобразователь напряжения. Устройство содержит транзисторы (силовые управляемые ключи), образующие мостовую схему, и двухполюсник ее нагрузки. Первый и второй транзисторы мостовой схемы, соединенные последовательно, образуют первую транзисторную цепь, которая включена между шинами питания. Третий и четвертый транзисторы мостовой схемы, соединенные последовательно, образуют вторую транзисторную цепь, которая включена между шинами питания. Средние точки первой и второй транзисторных цепей являются соответственно первым и вторым выводами выходной цепи мостовой схемы, и с ними соединены первый и второй выводы двухполюсника нагрузки мостовой схемы. Двухполюсник выполнен в виде соединенных последовательно индуктивного и емкостного накопителей энергии, а также первичной обмотки трансформатора (или первичных обмоток нескольких трансформаторов). Вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель подключена к конденсатору выходного фильтра. Если используется несколько трансформаторов, то в каждом из них вторичная обмотка подключена к конденсатору выходного фильтра через соответствующий выпрямительThe object in which the control method is implemented is a voltage converter. The device contains transistors (power controlled keys) forming a bridge circuit and a two-terminal device for its load. The first and second transistors of the bridge circuit, connected in series, form the first transistor circuit, which is connected between the power buses. The third and fourth bridge transistors connected in series form a second transistor circuit that is connected between the power buses. The midpoints of the first and second transistor circuits are respectively the first and second terminals of the output circuit of the bridge circuit, and the first and second terminals of the bipolar load of the bridge circuit are connected to them. The bipolar is made in the form of inductive and capacitive energy storage devices connected in series, as well as the primary winding of the transformer (or the primary windings of several transformers). The secondary winding of the transformer through the rectifier is connected to the capacitor of the output filter. If several transformers are used, then in each of them the secondary winding is connected to the output filter capacitor through the corresponding rectifier

Способ управления преобразователем напряжения состоит в том, что формируют две последовательности парафазных импульсных сигналов - первую и вторую, причем вторую последовательность парафазных импульсных сигналов сдвигают относительно первой последовательности на регулируемое время. Управление первого и второго транзисторов осуществляют парафазными импульсными сигналами первой их последовательности, а управление третьего и четвертого транзисторов - парафазными импульсными сигналами второй их последовательности.The method of controlling the voltage converter is that they form two sequences of paraphase pulse signals - the first and second, and the second sequence of paraphase pulse signals is shifted relative to the first sequence by an adjustable time. The first and second transistors are controlled by paraphase pulse signals of their first sequence, and the third and fourth transistors are controlled by paraphase pulse signals of their second sequence.

Преобразователь напряжения при использовании данного способа управления по отношению к способу управления путем изменения частоты коммутаций силовых транзисторов, рассмотренному выше, получает новые свойства. А именно:The voltage converter when using this control method with respect to the control method by changing the switching frequency of the power transistors discussed above, gets new properties. Namely:

1. По отношению к нагрузке преобразователь выступает как источник тока. Его среднее значение I ¯ o u t

Figure 00000001
, является ограниченной по величине функцией трех переменных. Первая переменная - напряжение питания Е, которому значение I ¯ o u t
Figure 00000002
, пропорционально. Вторая переменная - выходное напряжения Uout. При его уменьшении значение I ¯ o u t
Figure 00000003
возрастает, но остается ограниченным даже в режиме короткого замыкания, когда Uout=0. Третья переменная - регулирующий параметр D. Он равен длительности сдвига по времени между двумя последовательностями парафазных сигналов управления, отнесенной к длительности тактов работы DC/DC-преобразователя, т.е. к половине периода работы этого устройства.1. With respect to the load, the converter acts as a current source. Its average value I ¯ o u t
Figure 00000001
is a function of three variables limited in size. The first variable is the supply voltage E, to which the value I ¯ o u t
Figure 00000002
proportionally. The second variable is the output voltage U out . When it decreases, the value I ¯ o u t
Figure 00000003
increases, but remains limited even in short circuit mode when U out = 0. The third variable is the control parameter D. It is equal to the duration of the time shift between two sequences of paraphase control signals related to the duration of the clock cycles of the DC / DC converter, i.e. by half the period of operation of this device.

2. При возрастании регулирующего параметра от нуля до единицы значение I ¯ o u t

Figure 00000003
монотонно нарастает от нуля до максимума. Этот максимум ограничен и зависит от величин Е и Uout. Ограниченными также являются амплитудные значения тока, поступающего в первичную обмотку трансформатора от выходной цепи транзисторной мостовой схемы, и, соответственно, тока вторичной обмотки, передаваемого через выпрямитель в нагрузку.2. When the regulatory parameter increases from zero to unity, the value I ¯ o u t
Figure 00000003
monotonously grows from zero to maximum. This maximum is limited and depends on the values of E and U out . Also limited are the amplitude values of the current entering the transformer primary winding from the output circuit of the transistor bridge circuit, and, accordingly, the secondary winding current transmitted through the rectifier to the load.

3. В широком диапазоне изменения питающего и выходного напряжений имеет место параметрическая стабилизация максимума выходной мощности, достигаемого в режиме D→1. Указанный диапазон может быть охарактеризован изменением величины U r = N t r U ' 2 E

Figure 00000004
, выраженной в относительных (relative) единицах, где U ' 2
Figure 00000005
, - напряжение, трансформируемое из вторичной обмотки в первичную обмотку; Ntr - число трансформаторов, первичные обмотки которых соединены последовательно, а вторичная обмотка каждого из трансформаторов через соответствующий выпрямитель подключена к конденсатору выходного фильтра, наряженному до напряжения Uout. Согласно результатам моделирования электрических процессов для диапазона изменения питающего и выходного напряжений, характеризуемого соотношением 0.45≤Ur≤0.8, максимум выходной мощности, достигаемый в режиме D→1, не выходит за пределы ±10% по отношению к усредненному уровню максимумов мощности, отвечающих указанному диапазону.3. In a wide range of changes in the supply and output voltages, there is a parametric stabilization of the maximum output power achieved in the D → 1 mode. The specified range can be characterized by a change in value. U r = N t r U '' 2 E
Figure 00000004
expressed in relative units, where U '' 2
Figure 00000005
, is the voltage transformed from the secondary winding to the primary winding; N tr is the number of transformers whose primary windings are connected in series, and the secondary winding of each of the transformers is connected through an appropriate rectifier to the output filter capacitor dressed up to voltage U out . According to the results of modeling electrical processes for the range of supply and output voltages characterized by the ratio 0.45≤U r ≤0.8, the maximum output power achieved in D → 1 mode does not exceed ± 10% with respect to the average level of power maxima corresponding to the specified range.

4. Ток, протекающий по первичной и вторичной обмоткам трансформатора, представляется в виде последовательности импульсов, плавно от нуля нарастающих и плавно до нуля спадающих. В режимах работы, близких к режиму максимальной выходной мощности, импульсы тока следуют непрерывно (без пауз). Форма этих импульсов более близка к прямоугольной, чем в том же преобразователе, но в режиме частотного управления его выходной мощностью.4. The current flowing through the primary and secondary windings of the transformer is presented in the form of a sequence of pulses, gradually increasing from zero and gradually decreasing to zero. In operating modes close to the maximum output power mode, current pulses follow continuously (without pauses). The shape of these pulses is closer to rectangular than in the same converter, but in the frequency control mode of its output power.

Перечисленные выше новые свойства преобразователя, которые приобретаются при использовании фазового управления транзисторами мостовой схемы резонансного типа, приводят к ряду преимуществ по отношению к той же схеме, но при условии, что регулирование выходной мощности осуществляют изменением частоты коммутаций транзисторов (регулирование путем частотно-импульсной модуляции - ЧИМ).The above new properties of the converter, which are acquired when using phase control transistors of a bridge circuit of a resonant type, lead to several advantages with respect to the same circuit, but provided that the output power is controlled by changing the switching frequency of the transistors (regulation by pulse frequency modulation - CHIM).

Свойство 1 означает, что частота работы устройства постоянна. Из-за этого отсутствует причина возрастания мощности коммутационных потерь, вызванная увеличением числа коммутаций в единицу времени. Кроме того, сокращается спектр частот пульсации выходного напряжения, что упрощает его фильтрацию.Property 1 means that the frequency of the device is constant. Because of this, there is no reason for the increase in switching loss power caused by the increase in the number of switching per unit time. In addition, the frequency spectrum of the output voltage ripple is reduced, which simplifies its filtering.

Свойство 2 означает, что при любом значении питающего напряжения возможно обеспечение стабилизации выходного напряжения в режиме холостого хода. Таким свойством не обладает преобразователь при использовании ЧИМ.Property 2 means that for any value of the supply voltage, it is possible to stabilize the output voltage in idle mode. The converter does not have this property when using PFM.

Свойство 3 означает, что при заданном уровне выходной мощности преобразователя возможно регулирование его выходного напряжения в широких пределах при условии, что незначительно изменение напряжения питания, либо возможно обеспечить стабилизацию данного значения выходного напряжения устройства при условии, что существенно изменяется напряжение питания. Таким свойством не обладает преобразователь при использовании ЧИМ.Property 3 means that at a given level of output power of the converter, it is possible to regulate its output voltage over a wide range, provided that there is a slight change in the supply voltage, or it is possible to stabilize this value of the output voltage of the device, provided that the supply voltage changes significantly. The converter does not have this property when using PFM.

Свойства 2 и 3 означают, что можно подключать выходные цепи нескольких преобразователей параллельно к общей нагрузке, не осложняя систему управления этими устройствами. При этом отсутствует опасность перегрузки по току и мощности каждого из преобразователей.Properties 2 and 3 mean that it is possible to connect the output circuits of several converters in parallel to the total load without complicating the control system of these devices. There is no danger of overcurrent in current and power of each of the converters.

Свойство 4 означает, что при каждом данном среднем значении тока, протекающего по обмоткам трансформатора, уменьшено его амплитудное значение. Соответственно уменьшается мощность тепловых потерь в трансформаторе и выходном выпрямителе.Property 4 means that for each given average value of the current flowing through the transformer windings, its amplitude value is reduced. Accordingly, the heat loss power in the transformer and output rectifier decreases.

Перечисленные выше новые свойства преобразователя, выполненного по схеме резонансного типа, которые приобретаются при использовании фазового управления транзисторами мостовой схемы для регулирования выходной мощности, приводят к ряду преимуществ по отношению к схемам преобразователей, где также используется фазовое управление транзисторами мостовой схемы, но топология схем иная. В них первичная обмотка силового трансформатора подключена к выходной цепи транзисторного моста через обмотку дросселя, а выходной фильтр устройства эквивалентен последовательной LC-цепи. Фильтр подключен к вторичной обмотке силового трансформатора. (Мелешин В.И., Овчинников Д.А. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии. - М.: Техносфера. 2011. - 576 с., глава 3).The above-mentioned new properties of a resonator-type converter, which are acquired using phase control of bridge transistors to control the output power, lead to several advantages with respect to converter circuits, where phase control of bridge transistors is also used, but the circuit topology is different. In them, the primary winding of the power transformer is connected to the output circuit of the transistor bridge through the inductor winding, and the output filter of the device is equivalent to a serial LC circuit. The filter is connected to the secondary winding of the power transformer. (Meleshin V.I., Ovchinnikov D.A. Control of transistor converters of electricity. - M.: Technosphere. 2011. - 576 p., Chapter 3).

Свойства 1, 2 и 3 не характерны для известных схем с фазовым управлением транзисторами мостовой схемы. Преобразователь в целом при таком регулировании эквивалентен источнику напряжения по отношению к нагрузке. Средний уровень эквивалентного источника напряжения пропорционален произведению напряжению питания и длительности передачи энергии трансформатором в каждом такте, отнесенной к длительности такта. Ток выходной цепи преобразователя при фазовом управлении определяется сопротивлением нагрузки, и при низком значении этого напряжения ток выходной цепи может принимать недопустимо высокие значения. Недостатки такого свойства известных устройств были рассмотрены ранее.Properties 1, 2, and 3 are not characteristic of known circuits with phase control of bridge transistors. The converter as a whole with this regulation is equivalent to a voltage source with respect to the load. The average level of the equivalent voltage source is proportional to the product of the supply voltage and the duration of the energy transfer by the transformer in each cycle, related to the duration of the cycle. The current of the output circuit of the converter during phase control is determined by the load resistance, and with a low value of this voltage, the current of the output circuit can take unacceptably high values. The disadvantages of this property of the known devices have been considered previously.

Скорости нарастания и спада токов обмоток трансформатора в преобразователях с фазовым управлением транзисторами мостовой схемы, имеющих указанную выше топологию, существенно выше, чем в преобразователе резонансного типа при том же способе управления. Поэтому в преобразователе резонансного типа коммутационные процессы в вентильных элементах выпрямителя сопровождаются меньшим уровнем высокочастотных помех, из-за чего можно применять помехоподавляющие фильтры меньшей энергоемкости, массы и габаритов.The rise and fall rates of the transformer winding currents in phase-controlled converters of bridge transistors having the above topology are significantly higher than in a resonant-type converter with the same control method. Therefore, in a resonant-type converter, the switching processes in the rectifier valve elements are accompanied by a lower level of high-frequency interference, due to which noise-suppressing filters of lower energy consumption, mass and dimensions can be used.

Суть предложения, содержащегося в данной заявке, использование фазового управления силовыми транзисторами устройства преобразования электрической энергии, силовая схема которого подобна по топологии мостовому резонансному DC/DC-преобразователю.The essence of the proposal contained in this application is the use of phase control of power transistors of an electric energy conversion device, the power circuit of which is similar in topology to a bridge resonant DC / DC converter.

Объектом, в котором реализуется способ фазового управления силовыми транзисторами, является преобразователь, схема которого представлена на фиг. 1.The object in which the method of phase control of power transistors is implemented is a converter, the circuit of which is shown in FIG. one.

К шинам питания 1 и 2 преобразователя напряжения подключен источник преобразуемой энергии 3, который является, например, источником постоянного напряжения Е. Преобразователь содержит транзисторы 4, 5, 6 и 7 (силовые управляемые ключи), образующие мостовую схему.A power source 3 is connected to the power buses 1 and 2 of the voltage converter, which is, for example, a constant voltage source E. The converter contains transistors 4, 5, 6 and 7 (power controlled keys) forming a bridge circuit.

Первый и второй транзисторы 4 и 5 мостовой схемы, соединенные последовательно, образуют первую транзисторную цепь, которая включена между шинами питания 1 и 2. Третий и четвертый транзисторы мостовой схемы 6 и 7, соединенные последовательно, образуют вторую транзисторную цепь, которая включена между шинами питания 1 и 2. Средние точки первой и второй транзисторных цепей являются соответственно первым и вторым выводами выходной цепи транзисторной мостовой схемы.The first and second transistors 4 and 5 of the bridge circuit connected in series form a first transistor circuit that is connected between the power lines 1 and 2. The third and fourth transistors of the bridge circuit 6 and 7 connected in series form a second transistor circuit that is connected between the power lines 1 and 2. The midpoints of the first and second transistor circuits are respectively the first and second terminals of the output circuit of the transistor bridge circuit.

К выводам выходной цепи транзисторной мостовой схемы подключен двухполюсник, который содержит соединенные последовательно обмотку индуктивного накопителя энергии 8, первичную обмотку 9 трансформатора 10 и конденсатор 11, являющийся емкостным накопителем энергии.A two-terminal device is connected to the terminals of the output circuit of the transistor bridge circuit, which contains the winding of the inductive energy storage device 8 connected in series, the primary winding of the transformer 10 and the capacitor 11, which is a capacitive energy storage device.

Вторичная обмотка 12 трансформатора 10 через вентильные элементы выпрямителя подключена к конденсатору выходного фильтра 17. На фиг. 1 вентильными элементами являются диоды 13, 14, 15 и 16, соединенные по схеме моста. Нагрузка 18 постоянного тока включена параллельно конденсатору выходного фильтра.The secondary winding 12 of the transformer 10 through the valve elements of the rectifier is connected to the capacitor of the output filter 17. In FIG. 1 valve elements are diodes 13, 14, 15 and 16, connected by a bridge circuit. A DC load 18 is connected in parallel with the output filter capacitor.

Конструкция вторичной обмотки, как и конструкция выпрямителя, не являются существенными признаками устройства. Так, например, вторичная обмотка может содержать две секции. В этом случае средняя точка вторичной обмотки соединена непосредственно с первым выводом конденсатора выходного фильтра, а крайние выводы двухсекционной вторичной обмотки подключены ко второму выводу конденсатора выходного фильтра через вентильные элементы выпрямителя. Существенным является только то, что вторичная обмотка через выпрямитель подключена к конденсатору выходного фильтра.The design of the secondary winding, as well as the design of the rectifier, are not essential features of the device. So, for example, the secondary winding may contain two sections. In this case, the middle point of the secondary winding is connected directly to the first output of the output filter capacitor, and the extreme terminals of the two-section secondary winding are connected to the second output of the output filter capacitor through the rectifier valve elements. The only important thing is that the secondary winding through the rectifier is connected to the capacitor of the output filter.

Диаграммы двух последовательностей парафазных импульсных сигналов управления силовыми транзисторами 4, 5, 6 и 7, соединенными по схеме моста, представлены на фиг. 2.Diagrams of two sequences of paraphase pulse control signals of power transistors 4, 5, 6 and 7, connected by a bridge circuit, are presented in FIG. 2.

Импульсные сигналы UA и UB относятся к первой последовательности парафазных сигналов. Имеется пауза длительностью Tp1, на протяжении которой одновременно равны нулю напряжения сигналов UA и UB, причем реально Tp1<<T, где T = 1 f

Figure 00000006
, f - частота работы схемы.Pulse signals U A and U B refer to the first sequence of paraphase signals. There is a pause of duration T p1 , during which the voltage of the signals U A and U B are simultaneously zero, and in reality T p1 << T, where T = one f
Figure 00000006
, f is the frequency of the circuit.

Сигналами UA и UB управляются силовые транзисторы 4 и 5. Пауза между этими сигналами необходима для исключения возможности одновременного отпирания транзисторов 4 и 5, что привело бы к выделению в них значительной мощности тепловых потерь.Signals U A and U B are controlled by power transistors 4 and 5. A pause between these signals is necessary to exclude the possibility of simultaneous unlocking of transistors 4 and 5, which would lead to the release of significant heat loss power in them.

Импульсные сигналы UC и UD образуют вторую последовательность парафазных сигналов. Имеется пауза длительностью Tp2, на протяжении которой одновременно равны нулю напряжения сигналов UC и UD, причем реально Tp2<<T.Pulse signals U C and U D form a second sequence of paraphase signals. There is a pause of duration T p2 , during which the signal voltages U C and U D are simultaneously equal to zero, and in fact T p2 << T.

Сигналами UC и UD управляются силовые транзисторы 6 и 7. Пауза между этими сигналами необходима для исключения возможности одновременного отпирания транзисторов 6 и 7, что привело бы к выделению в них значительной мощности тепловых потерь.Signals U C and U D are controlled by power transistors 6 and 7. A pause between these signals is necessary to exclude the possibility of simultaneous unlocking of transistors 6 and 7, which would lead to the release of significant heat loss power in them.

В общем случае возможна индивидуальная установка интервалов паузы между импульсными сигналами в их первой и второй последовательностях. Диаграммы на фиг. 2 соответствуют случаю, когда Tp1=Tp2=Т.In the general case, it is possible to individually set pause intervals between pulse signals in their first and second sequences. The diagrams in FIG. 2 correspond to the case when T p1 = T p2 = T.

Вторая последовательность парафазных импульсных сигналов задержана относительно первой последовательности на время T d = D T 2

Figure 00000007
, где D - регулирующий параметр. Изменением его в пределах от нуля до единицы обеспечивают регулирование мощности в нагрузке.The second sequence of paraphase pulsed signals is delayed relative to the first sequence for a while T d = D T 2
Figure 00000007
where D is the regulatory parameter. By changing it from zero to unity, power is regulated in the load.

Свойства преобразователя при использовании фазового управления его транзисторами следуют из характера происходящих в схеме электрических процессов, которые рассматриваются далее. Процессы иллюстрируются диаграммами изменения во времени электрических величин, полученными в результате моделирования с использованием пакета программ PSpice. Диаграммы представлены на фиг. 3, 4 и 5. Они соответствуют схеме, в которой трансформатор выполнен с одинаковыми числами витков первичной и вторичной обмоток, т.е. Ktr=1. Это условие не является принципиальным, но иллюстрация процессов при его выполнении упрощается.The properties of the converter when using phase control of its transistors follow from the nature of the electrical processes occurring in the circuit, which are discussed below. The processes are illustrated by diagrams of the change in time of electrical quantities obtained as a result of modeling using the PSpice software package. The diagrams are shown in FIG. 3, 4 and 5. They correspond to the scheme in which the transformer is made with the same number of turns of the primary and secondary windings, i.e. K tr = 1. This condition is not fundamental, but the illustration of the processes during its implementation is simplified.

Преобразователь напряжения, изображенный на фиг. 1. работает в одном из двух режимов. Первый из них характеризуется непрерывностью передачи энергии трансформатором 10. Ему соответствует отсутствие пауз в протекании тока по вторичной обмотке 12. выпрямляемого с помощью диодов 13, 14, 15 и 16. Первый режим реализуется, если параметр D, изменяемый в процессе регулирования, отвечает условию Dlim≤D≤1.The voltage converter shown in FIG. 1. works in one of two modes. The first of them is characterized by the continuity of energy transfer by the transformer 10. It corresponds to the absence of pauses in the current flow through the secondary winding 12. rectified with the help of diodes 13, 14, 15 and 16. The first mode is realized if the parameter D, which is changed during the regulation, meets the condition D lim ≤D≤1.

Если ток по вторичной обмотке протекает в направлении от конца обмотки к ее началу, отмеченному точкой на фиг. 1, то в состоянии проводимости оказываются диоды 14 и 15. При этом напряжение на вторичной обмотке имеет положительную полярность (плюс - на начале обмотки, минус - на ее конце). Значение напряжения положительной полярности на вторичной обмотке 12 превышает напряжение, до которого заряжен конденсатор 17 выходного фильтра, на величину, которая равна падению напряжения на вентильных элементах выпрямителя, находящихся в состоянии прямой проводимости (в данном случае ими являются диоды 14 и 15).If the current flows through the secondary winding in the direction from the end of the winding to its beginning, marked with a dot in FIG. 1, then the diodes 14 and 15 are in the conduction state. In this case, the voltage on the secondary winding has a positive polarity (plus - at the beginning of the winding, minus - at its end). The voltage value of positive polarity on the secondary winding 12 exceeds the voltage to which the capacitor 17 of the output filter is charged by an amount equal to the voltage drop across the rectifier valve elements in a state of direct conduction (in this case, they are diodes 14 and 15).

В реальных условиях пренебрежимо мала пульсация напряжения на конденсаторе 17 выходного фильтра. Кроме того, падения напряжения на вентильных элементах выпрямителя тока вторичной обмотки незначительны по сравнению со средним уровнем напряжения Uout на конденсаторе 17. Поэтому без существенной погрешности можно считать, что, пока ток по вторичной обмотке 12 протекает в направлении от ее конца к началу, напряжение положительной полярности на ней не изменяется во времени, и оно равно Uout.In real conditions, the voltage ripple across the capacitor 17 of the output filter is negligible. In addition, the voltage drops across the valve elements of the secondary rectifier are negligible compared to the average voltage level U out on the capacitor 17. Therefore, without a significant error, we can assume that while the current flows through the secondary winding 12 in the direction from its end to the beginning, the voltage positive polarity on it does not change in time, and it is equal to U out .

Если ток по вторичной обмотке протекает в направлении от начала обмотки к ее концу, то в состоянии проводимости оказываются диоды 16 и 13. При этом напряжение на вторичной обмотке имеет отрицательную полярность (минус - на начале обмотки, плюс - на ее конце). Абсолютное значение напряжения отрицательной полярности на вторичной обмотке 12 превышает напряжение, до которого заряжен конденсатор 17 выходного фильтра, на величину, которая равна падению напряжения на вентильных элементах выпрямителя, находящихся в состоянии прямой проводимости (в данном случае ими являются диоды 13 и 16).If the current flows through the secondary winding in the direction from the beginning of the winding to its end, then the diodes 16 and 13 are in the conduction state. The voltage on the secondary winding has a negative polarity (minus at the beginning of the winding, plus at its end). The absolute value of the voltage of negative polarity on the secondary winding 12 exceeds the voltage to which the capacitor 17 of the output filter is charged by an amount equal to the voltage drop across the rectifier valve elements in direct conduction (in this case, they are diodes 13 and 16).

По аналогии с интервалом напряжения положительной полярности на вторичной обмотке 12 можно считать, что, пока ток по обмотке протекает в направлении от начала к концу, напряжение отрицательной полярности на ней не изменяется во времени, и его абсолютное значение равно Uout.By analogy with the voltage interval of positive polarity on the secondary winding 12, we can assume that while the current flows through the winding from the beginning to the end, the voltage of negative polarity on it does not change in time, and its absolute value is U out .

Таким образом, если принять во внимание магнитную связь между обмотками трансформатора, то для работы преобразователя в первом режиме характерно, что прямоугольные импульсы напряжения положительной полярности на обмотках без паузы сменяются равновеликими по амплитуде импульсами напряжениями отрицательной полярности. В силу симметрии топологии схемы, а также управляющих сигналов по тактам работы устройства положительные и отрицательные импульсы одинаковы по длительности, которая составляет половину периода работы устройства.Thus, if we take into account the magnetic coupling between the transformer windings, it is typical for the converter to operate in the first mode that rectangular voltage pulses of positive polarity on the windings without a pause are replaced by voltage pulses of negative polarity of the same amplitude. Due to the symmetry of the topology of the circuit, as well as the control signals for the clock cycles of the device, the positive and negative pulses are the same in duration, which is half the period of operation of the device.

Напряжение U1 на первичной обмотке (9 на фиг. 1), число витков которой равно W1, связано коэффициентом трансформации с напряжением U2 на вторичной обмотке (12 на фиг. 1), имеющей число витков W2. А именно, U 1 = U 2 K t r

Figure 00000008
, где K t r = W 2 W 1
Figure 00000009
. С учетом изложенного выше: U2≈Uout, U 1 U o u t K t r
Figure 00000010
.The voltage U 1 on the primary winding (9 in FIG. 1), the number of turns of which is equal to W 1 , is related to the transformation ratio with the voltage U 2 on the secondary winding (12 in FIG. 1) having the number of turns W 2 . Namely, U one = U 2 K t r
Figure 00000008
where K t r = W 2 W one
Figure 00000009
. In view of the above: U 2 ≈U out , U one U o u t K t r
Figure 00000010
.

Электрические процессы в схеме при реализации первого режима ее работы можно рассмотреть только для интервала, когда напряжения на обмотках трансформатора положительны. На интервале, когда эти напряжения отрицательны, процессы подобны.The electrical processes in the circuit during the implementation of the first mode of its operation can be considered only for the interval when the voltage on the transformer windings is positive. In the interval when these stresses are negative, the processes are similar.

В силу симметрии напряжений положительной и отрицательной полярности на обмотках трансформатора по величине и длительности магнитный поток Φ в трансформаторе изменяется во времени симметрично относительно нуля. Поэтому к моменту t0 начала интервала положительной полярности напряжений на обмотках магнитный поток достигает отрицательного по знаку амплитудного значения, т.е. Φ(t0)=-Φmax, а в целом на этом интервале поток нарастает. Его нарастание во времени происходит в соответствии с законом электромагнитной индукции, т.е. Φ ( t ) = Φ ( t 0 ) + 1 W 1 t 0 t U 1 ( t ) d t

Figure 00000011
. Поскольку U 1 U o u t K t r = c o n s t
Figure 00000012
, справедливо выражение Φ ( t ) = Φ max + U 1 W 1 ( t t 0 )
Figure 00000013
.Due to the symmetry of the positive and negative polarity voltages on the transformer windings in magnitude and duration, the magnetic flux Φ in the transformer varies symmetrically with time in relation to zero. Therefore, by the time t 0 of the beginning of the interval of positive polarity of the voltage across the windings, the magnetic flux reaches a negative amplitude value in sign, i.e. Φ (t 0 ) = - Φ max , and as a whole, the flow increases in this interval. Its increase in time occurs in accordance with the law of electromagnetic induction, i.e. Φ ( t ) = Φ ( t 0 ) + one W one t 0 t U one ( t ) d t
Figure 00000011
. Insofar as U one U o u t K t r = c o n s t
Figure 00000012
, fair expression Φ ( t ) = - Φ max + U one W one ( t - t 0 )
Figure 00000013
.

К моменту окончания интервала положительной полярности напряжений на обмотках трансформатора магнитный поток в нем достигает положительного амплитудного значения +Φmax. С учетом длительности этого интервала, равной T 2

Figure 00000014
, а также принимая во внимание отмеченную выше линейность изменения во времени знакопеременного магнитного потока, его амплитуда может быть представлена в виде Φ max = U 1 T 4 W 1
Figure 00000015
.By the end of the interval of positive voltage polarity on the transformer windings, the magnetic flux in it reaches a positive amplitude value + Φ max . Given the duration of this interval, equal to T 2
Figure 00000014
, and also taking into account the linearity of the time-varying magnetic flux noted above, its amplitude can be represented as Φ max = U one T four W one
Figure 00000015
.

Реально магнитная характеристика трансформатора практически линейна, т.е. существует пропорциональная связь между величинами магнитного потока Φ и магнитодвижущей силы F, чему соответствует равенство F = Φ L m a g

Figure 00000016
, где Lmag - параметр магнитопровода трансформатора. Физически он эквивалентен индуктивности одновитковой обмотки трансформатора, сцепленной с его магнитным потоком Φ.Actually, the magnetic characteristic of the transformer is almost linear, i.e. there is a proportional relationship between the magnetic flux Φ and the magnetomotive force F, which corresponds to the equality F = Φ L m a g
Figure 00000016
where L mag is the transformer magnetic circuit parameter. Physically, it is equivalent to the inductance of a single-turn winding of a transformer coupled to its magnetic flux Φ.

С учетом линейности магнитной характеристики трансформатора, а также закона изменения во времени магнитного потока, сцепленного с его обмотками, изменение во времени магнитодвижущей силы описывается выражением F ( t ) = F max + U 1 L m a g W 1 ( t t 0 )

Figure 00000017
, где F max = U 1 T 4 L m a g W 1
Figure 00000018
.Given the linearity of the magnetic characteristics of the transformer, as well as the law of the change in time of the magnetic flux coupled to its windings, the change in time of the magnetomotive force is described by the expression F ( t ) = - F max + U one L m a g W one ( t - t 0 )
Figure 00000017
where F max = U one T four L m a g W one
Figure 00000018
.

Магнитодвижущая сила (м.д.с.) в трансформаторе создается токами его обмоток, и она равна F(t)=W1·I1(t)+W2·I2(t). Ток обмотки положителен, и им создается положительная компонента м.д.с., если ток направлен от начала обмотки к концу. Ток обмотки отрицателен, и им создается отрицательная компонента м.д.с., если ток направлен от конца обмотки к началу.The magnetomotive force (MDF) in the transformer is created by the currents of its windings, and it is equal to F (t) = W 1 · I 1 (t) + W 2 · I 2 (t). The current of the winding is positive, and it creates a positive component of the ISF, if the current is directed from the beginning of the winding to the end. The current of the winding is negative, and it creates a negative component of the ISF, if the current is directed from the end of the winding to the beginning.

Изменение во времени тока вторичной обмотки трансформатора представляется в виде I 2 ( t ) = 1 K t r ( I 1 ( t ) F ( t ) W 1 )

Figure 00000019
. Ранее было показано, что положительной полярности напряжений на обмотках трансформатора отвечает отрицательный знак тока вторичной обмотки. Следовательно, на интервале положительной полярности напряжений справедливо соотношение I 1 ( t ) F ( t ) W 1
Figure 00000020
. В момент начала этого интервала I1(t0)=Iµ,max, где I μ , max = U 1 T 4 L m a g ( W 1 ) 2
Figure 00000021
. Через время, равное половине периода, когда заканчивается интервал положительной полярности напряжений на обмотках трансформатора, I1(t0+T/2)=+Iµ,max. В остальные моменты времени этого интервала I 1 ( t ) > F ( t ) W 1
Figure 00000022
.The change in time of the current of the secondary winding of the transformer is presented in the form I 2 ( t ) = - one K t r ( I one ( t ) - F ( t ) W one )
Figure 00000019
. It was previously shown that the positive polarity of the voltage on the transformer windings corresponds to the negative sign of the secondary current. Therefore, in the interval of positive voltage polarity, the relation I one ( t ) F ( t ) W one
Figure 00000020
. At the beginning of this interval, I 1 (t 0 ) = I µ, max , where I μ , max = U one T four L m a g ( W one ) 2
Figure 00000021
. After a time equal to half the period when the interval of positive polarity of the voltage across the transformer windings ends, I 1 (t 0 + T / 2) = + I µ, max . At other time points of this interval I one ( t ) > F ( t ) W one
Figure 00000022
.

Ток I1 первичной обмотки 9 трансформатора 10 протекает по обмотке дросселя 8, индуктивность которой обозначена символом L1, а также замыкается через конденсатор 11, емкость которого обозначена как С1, поскольку указанные элементы включены последовательно с первичной обмоткой 9.The current I 1 of the primary winding 9 of the transformer 10 flows through the winding of the inductor 8, the inductance of which is indicated by the symbol L 1 , and also closes through the capacitor 11, the capacitance of which is indicated as C 1 , since these elements are connected in series with the primary winding 9.

Примечание. Далее в тексте напряжение, приложенное к обмотке дросселя 8, обозначено символом "UL1". Напряжение на конденсаторе 11 обозначено символом "UC1". Что касается тока указанных элементов, то им является ток I1, общий как для них, так и для первичной обмотки 9 трансформатора 10.Note. Further in the text, the voltage applied to the winding of the inductor 8 is indicated by the symbol "U L1 ". The voltage across the capacitor 11 is indicated by the symbol "U C1 ". As for the current of these elements, it is the current I 1 , common both for them and for the primary winding 9 of the transformer 10.

Присутствие конденсатора 11 в контуре тока I1 означает, что этот ток не имеет постоянной составляющей. Соответственно напряжение на конденсаторе 11 является знакопеременной функцией, симметричной относительно нуля.The presence of a capacitor 11 in the current loop I 1 means that this current does not have a constant component. Accordingly, the voltage across the capacitor 11 is an alternating function symmetrical about zero.

В начале интервала положительной полярности напряжений на обмотках трансформатора ток I1 и напряжение UC1, если их отображать векторами, совпадают по направлению. Это означает, что конденсатор 11 является источником энергии. Часть этой энергии передается в дроссель 8, а другая ее часть поступает в первичную обмотку 9 трансформатора 10. Следует отметить, что на протяжении всего интервала положительной полярности напряжении на обмотках трансформатора 10 его первичная обмотка 9 является приемником энергии, которая переносится током I1, поскольку напряжение U1 на этой обмотке и ток I1, если их отображать векторами, направлены навстречу друг другу.At the beginning of the interval of positive polarity of the voltage across the transformer windings, the current I 1 and voltage U C1 , if displayed by vectors, coincide in direction. This means that the capacitor 11 is a source of energy. Part of this energy is transmitted to the inductor 8, and another part of it enters the primary winding 9 of the transformer 10. It should be noted that throughout the entire interval of positive polarity of the voltage across the windings of the transformer 10, its primary winding 9 is a receiver of energy that is carried by current I 1 , since voltage U 1 on this winding and current I 1 , if they are displayed by vectors, are directed towards each other.

На первом этапе интервала положительной полярности напряжений на обмотках трансформатора ток I1 замыкается по контуру: источник питания 3 - транзистор 4 мостовой схемы - обмотка дросселя 8 - первичная обмотка 9 трансформатора 10 - конденсатор 11 - транзистор 7 мостовой схемы - источник питания 3. При этом в дросселе 8 запасается энергия, и ток I1 нарастает со скоростью, определяемой выражением d I 1 d t = E + U C 1 U 1 L 1

Figure 00000023
. Протекание тока I1 через конденсатор 11 вызывает сначала плавное уменьшение напряжения положительной полярности на нем. При этом конденсатор разряжается током I1, отдавая накопленную энергию. Затем напряжение на конденсаторе изменяет знак, и его абсолютное значение начинает нарастать (фиг. 3 и 4). Конденсатор заряжается током I1, запасая энергию.At the first stage of the interval of positive polarity of the voltage on the transformer windings, current I 1 closes along the circuit: power supply 3 - transistor 4 of the bridge circuit - winding of the inductor 8 - primary winding 9 of the transformer 10 - capacitor 11 - transistor 7 of the bridge circuit - power source 3. At the same time energy is stored in the inductor 8, and the current I 1 increases at a speed determined by the expression d I one d t = E + U C one - U one L one
Figure 00000023
. The flow of current I 1 through the capacitor 11 first causes a smooth decrease in voltage of positive polarity on it. In this case, the capacitor is discharged by the current I 1 , giving up the stored energy. Then the voltage across the capacitor changes sign, and its absolute value begins to increase (Figs. 3 and 4). The capacitor is charged by current I 1 , storing energy.

Рассмотренный характер изменения напряжения на конденсаторе 11, если принять во внимание связь между величинами d I 1 d t

Figure 00000024
и UC1, улучшает соотношение между средним значением I ¯ 1
Figure 00000025
и амплитудным значением I1,max тока I1 на интервале положительной полярности напряжений на обмотках трансформатора. Это улучшение состоит в том, что при данной мощности, передаваемой в первичную обмотку трансформатора, которая равна P 1 = I ¯ 1 U 1
Figure 00000026
, уменьшается значение I1,max.The nature of the change in voltage across the capacitor 11, if we take into account the relationship between the quantities d I one d t
Figure 00000024
and U C1 , improves the relationship between the average I ¯ one
Figure 00000025
and the amplitude value of I 1, max current I 1 on the interval of positive polarity of the voltage across the transformer windings. This improvement consists in the fact that at a given power transmitted to the primary winding of the transformer, which is equal to P one = I ¯ one U one
Figure 00000026
, decreases the value of I 1, max .

В момент t1 начинается второй этап интервала положительной полярности напряжений на обмотках трансформатора. В этот момент под действием сигналов управления (фиг. 2) запирается транзистор 7 мостовой схемы, и отпирается транзистор 6. Это вызывает изменение копира, по которому замыкается ток I1. Новый (второй) контур представляется в виде: обмотка дросселя 8 - первичная обмотка 9 трансформатора 10 - конденсатор 11 - третий транзистор 6 мостовой схемы (в состоянии инверсной проводимости) - первый транзистор 4 мостовой схемы (в состоянии прямой проводимости) - обмотка дросселя 8.At time t 1 , the second stage of the interval of positive polarity of the voltage across the transformer windings begins. At this moment, under the influence of control signals (Fig. 2), the transistor 7 of the bridge circuit is locked, and the transistor 6 is unlocked. This causes a change in the copier, along which the current I 1 closes. The new (second) circuit is represented as: inductor winding 8 - primary winding 9 of transformer 10 - capacitor 11 - third bridge transistor 6 (in the state of inverse conduction) - first bridge transistor 4 (in the state of direct conduction) - inductor winding 8.

Второй контур не включает в себя источник энергии 3. Соответственно, ее потребление от источника прекращается. Однако при этом циркуляция тока I1 по второму контуру означает, что энергия передается как в первичную обмотку 9 трансформатора 10, так и в конденсатор 11. Отрицательное напряжение на нем продолжает нарастать по абсолютной величине (фиг. 3).The second circuit does not include an energy source 3. Accordingly, its consumption from the source ceases. However, the circulation of the current I 1 along the second circuit means that the energy is transmitted both to the primary winding 9 of the transformer 10 and to the capacitor 11. The negative voltage thereon continues to increase in absolute value (Fig. 3).

Источником энергии на втором этапе является дроссель 8. Вывод энергии, ранее в нем запасенной, означает, что ток I1 уменьшается (фиг. 3). Скорость спада тока определяется равенством d I 1 d t = U 1 U C 1 L 1

Figure 00000027
, причем UC1<U.The source of energy in the second stage is the inductor 8. The output of energy previously stored in it means that the current I 1 decreases (Fig. 3). The current decay rate is determined by the equality d I one d t = - U one - U C one L one
Figure 00000027
, and U C1 <U.

В момент t2 начинается третий этап интервала положительной полярности напряжений на обмотках трансформатора. В этот момент под действием сигналов управления (фиг. 2) запирается транзистор 4 мостовой схемы, и отпирается транзистор 5. Это вызывает изменение контура, по которому замыкается ток I1. Новый (третий) контур представляется в виде: обмотка дросселя 8 - первичная обмотка 9 трансформатора 10 - конденсатор 11 - транзистор 6 мостовой схемы (в состоянии инверсной проводимости) - источник энергии 3 - транзистор 5 мостовой схемы (в состоянии инверсной проводимости) - обмотка дросселя 8.At time t 2 , the third stage of the interval of positive polarity of the voltage across the transformer windings begins. At this moment, under the influence of control signals (Fig. 2), the transistor 4 of the bridge circuit is locked and the transistor 5 is unlocked. This causes a change in the circuit along which the current I 1 closes. The new (third) circuit is represented as: inductor winding 8 - primary winding 9 of transformer 10 - capacitor 11 - transistor 6 of the bridge circuit (in the state of inverse conduction) - energy source 3 - transistor 5 of the bridge circuit (in the state of inverse conduction) - inductor winding 8.

В новом (третьем) контуре напряжение на первичной обмотке трансформатора (U1), напряжение на конденсаторе (UC1) и напряжение источника питания (Е), если эти напряжения отобразить векторами, направлены навстречу току I1. Это означает, что током I1 передается энергия в указанные элементы. При этом источником энергии на третьем этапе, как и на втором, является дроссель 8. Вывод энергии, ранее в нем запасенной, означает, что ток I1 уменьшается (фиг. 3). Скорость спада тока определяется равенством d I 1 d t = U 1 + E U C 1 L 1

Figure 00000028
, причем UC1<0. Она выше, чем на втором этапе. Поэтому на границе второго и третьего этапов наблюдается скачкообразное изменение скорости спада тока I1 (фиг. 3).In the new (third) circuit, the voltage on the primary winding of the transformer (U 1 ), the voltage on the capacitor (U C1 ) and the voltage of the power supply (E), if these voltages are displayed by vectors, are directed towards the current I 1 . This means that the current I 1 transfers energy to these elements. The energy source in the third stage, as in the second, is the inductor 8. The output of energy previously stored in it means that the current I 1 decreases (Fig. 3). The current decay rate is determined by the equality d I one d t = - U one + E - U C one L one
Figure 00000028
, and U C1 <0. It is higher than in the second stage. Therefore, at the boundary of the second and third stages, an abrupt change in the current decay rate I 1 is observed (Fig. 3).

В момент t3, который сдвинут относительно момента t0 на половину периода, спадающий во времени ток I1 доходит до уровня +Iµ,max. На этом интервал положительной полярности напряжений на обмотках трансформатора заканчивается (фиг. 3).At time t 3 , which is shifted relative to time t 0 by half the period, the current I 1 decreasing in time reaches the level + I µ, max . At this interval, the positive polarity of the voltage across the transformer windings ends (Fig. 3).

В режиме управления, при котором D=1 коммутация первой пары транзисторов (4 и 5) происходит одновременно с коммутацией второй пары транзисторов (6 и 7). Из-за этого после первого этапа интервала положительной полярности напряжений на обмотках трансформатора сразу начинается третий этап, а второй этап вообще отсутствует (фиг. 4).In control mode, in which D = 1, the switching of the first pair of transistors (4 and 5) occurs simultaneously with the switching of the second pair of transistors (6 and 7). Because of this, after the first stage of the interval of positive polarity of the voltage on the transformer windings, the third stage immediately begins, and the second stage is completely absent (Fig. 4).

В режиме управления, при котором D<Dlim, ток I1, снижающийся после момента t1 со скоростью, определяемой равенством d I 1 d t = U 1 U C 1 L 1

Figure 00000029
, доходит до уровня +Iµ,max в момент, сдвинутый по отношению к моменту t0 на половину периода. В этом случае отсутствует третий этап интервала положительной полярности напряжений на обмотках трансформатора.In the control mode, at which D <D lim , the current I 1 , decreasing after the moment t 1 at a speed determined by the equality d I one d t = - U one - U C one L one
Figure 00000029
reaches the level + I µ, max at the moment shifted with respect to the moment t 0 by half the period. In this case, there is no third stage of the interval of positive polarity of the voltage on the transformer windings.

В режиме управления, при котором D<Dlim, ток I1, снижающийся после момента t1 со скоростью, определяемой равенством d I 1 d t = U 1 U C 1 L 1

Figure 00000029
, доходит до уровня +Iµ,max раньше момента t2, когда выключается транзистор 4 мостовой схемы и включается транзистор 5.In the control mode, at which D <D lim , the current I 1 , decreasing after the moment t 1 at a speed determined by the equality d I one d t = - U one - U C one L one
Figure 00000029
reaches the level + I µ, max before the moment t 2 when the transistor 4 of the bridge circuit turns off and the transistor 5 turns on.

Ток I1, снизившись до уровня +Iµ,max, продолжает замыкаться по тому же второму контуру. В нем содержатся: обмотка дросселя 8 - первичная обмотка 9 трансформатора 10 - конденсатор 11 - третий транзистор 6 мостовой схемы (в состоянии инверсной проводимости) - первый транзистор 4 мостовой схемы (в состоянии прямой проводимости) - обмотка дросселя 8.The current I 1 , having decreased to the level + I µ, max , continues to be closed along the same second circuit. It contains: inductor winding 8 - primary winding 9 of transformer 10 - capacitor 11 - third bridge transistor 6 (in the state of inverse conduction) - first bridge transistor 4 (in the state of direct conduction) - inductor winding 8.

Циркуляция тока I1 обеспечивается благодаря энергии, запасенной в трансформаторе 10 и дросселе 8. Током I1 продолжает заряжаться конденсатор 11, и напряжение отрицательной полярности на нем увеличивается по модулю. При этом трансформатор 10 и дроссель 8 передают в конденсатор 11 часть накопленной энергии, и ток I1 уменьшается.The current I 1 is circulated due to the energy stored in the transformer 10 and inductor 8. The capacitor 11 continues to be charged with current I 1 , and the voltage of negative polarity increases modulo it. In this case, the transformer 10 and the inductor 8 transmit a part of the stored energy to the capacitor 11, and the current I 1 decreases.

Рассмотренные процессы, отвечающие режиму D<Dlim, иллюстрируются диаграммами, представленными на фиг. 5. Передача энергии трансформатором в цепь нагрузки имеет дискретный характер. Она реализуется только на интервалах, когда I 1 ( t ) > F ( t ) W 1

Figure 00000030
.The considered processes corresponding to the mode D <D lim are illustrated by the diagrams shown in FIG. 5. The energy transfer by the transformer to the load circuit is discrete. It is implemented only at intervals when I one ( t ) > F ( t ) W one
Figure 00000030
.

Среднее значение мощности, подводимой к первичной обмотке трансформатора и передаваемой им в цепь нагрузки, определяется равенством I ¯ 1 = 1 T / 2 t 0 t 0 + T t r a n s U 1 ( t ) I 1 ( t ) d t

Figure 00000031
, где Ttrans - длительность интервала, во время которого выполняется неравенство I 1 ( t ) > F ( t ) W 1
Figure 00000032
, чему отвечает протекание тока по вторичной обмотке и осуществление процесса передачи (трансформации) энергии. На протяжении этого интервала, как было показано ранее, справедливо соотношение U 1 U o u t K t r
Figure 00000033
. Соответственно P 1 = U 1 I ¯ 1
Figure 00000034
, где I ¯ 1 = 1 T / 2 t 0 t 0 + T t r a n s U 1 ( t ) I 1 ( t ) d t
Figure 00000035
.The average value of the power supplied to the primary winding of the transformer and transmitted by it to the load circuit is determined by the equality I ¯ one = one T / 2 t 0 t 0 + T t r a n s U one ( t ) I one ( t ) d t
Figure 00000031
, where T trans is the duration of the interval during which the inequality I one ( t ) > F ( t ) W one
Figure 00000032
, which corresponds to the flow of current through the secondary winding and the implementation of the process of transfer (transformation) of energy. Throughout this interval, as was shown earlier, the relation U one U o u t K t r
Figure 00000033
. Respectively P one = U one I ¯ one
Figure 00000034
where I ¯ one = one T / 2 t 0 t 0 + T t r a n s U one ( t ) I one ( t ) d t
Figure 00000035
.

При условии Dlim≤D≤1, которое отвечает режиму непрерывной передачи мощности трансформатором, T t r a n s = T 2

Figure 00000036
. При условии 0≤D<Dlim, которое отвечает режиму дискретной передачи мощности трансформатором, справедливо неравенство D T 2 < T t r a n s < T 2
Figure 00000037
(фиг. 3, 4, 5).Under the condition D lim ≤D≤1, which corresponds to the continuous transmission of power by the transformer, T t r a n s = T 2
Figure 00000036
. Under the condition 0≤D <D lim , which corresponds to the mode of discrete power transmission by the transformer, the inequality D T 2 < T t r a n s < T 2
Figure 00000037
(Fig. 3, 4, 5).

Среднее значение I ¯ o u t

Figure 00000038
выпрямленного тока вторичной обмотки связано со значением I ¯ 1
Figure 00000039
коэффициентом трансформации, т.е. I ¯ o u t = I ¯ 1 K t r
Figure 00000040
.Average value I ¯ o u t
Figure 00000038
the rectified current of the secondary winding is associated with the value I ¯ one
Figure 00000039
transformation ratio, i.e. I ¯ o u t = I ¯ one K t r
Figure 00000040
.

Свойства схемы, подобной по топологии мостовому резонансному DC/DC-преобразователю, при использовании фазового управления ее транзисторами, которые следуют из рассмотренной картины электрических процессов, формулируются далее по тексту.The properties of a circuit similar in topology to a bridge resonant DC / DC converter, using phase control of its transistors, which follow from the considered picture of electrical processes, are formulated below.

- При каждом уровне Uout выходного напряжения, с которым напряжение U1 на первичной обмотке 9 трансформатора 10 связано коэффициентом трансформации, величина d I 1 d t

Figure 00000041
ограничена на интервале, когда в проводящем состоянии одновременно находятся два транзистора, принадлежащие противолежащим ветвям мостовой схемы (например, при положительной полярности напряжений на обмотках трансформатора такими транзисторами являются 4 и 7). Соответственно на указанном интервале, во время которого входная цепь преобразователя подключена к источнику питания 3, мгновенные значения тока I1 оказываются ограниченными. Они возрастают при увеличении длительности интервала, которая равна D T 2
Figure 00000042
. Максимум мгновенных значений реализуется при условии D=1 (фиг. 3 и 4).- At each level U out of the output voltage, with which the voltage U 1 on the primary winding 9 of the transformer 10 is associated with a transformation coefficient, the value d I one d t
Figure 00000041
is limited to the interval when two transistors belonging to the opposite branches of the bridge circuit are simultaneously in the conducting state (for example, when the transistor windings have positive polarity, these transistors are 4 and 7). Accordingly, at the indicated interval, during which the input circuit of the converter is connected to the power source 3, the instantaneous current values I 1 are limited. They increase with increasing interval duration, which is equal to D T 2
Figure 00000042
. The maximum instantaneous values are realized under the condition D = 1 (Fig. 3 and 4).

- Значения I ¯ 1

Figure 00000043
и I ¯ o u t
Figure 00000044
возрастают, если увеличивать регулирующий параметр D. В режиме непрерывной передачи мощности трансформатором это возрастание вызвано увеличением мгновенных значений тока I1 и связанных с ними линейно мгновенных значений тока I2. При этом неизменна длительность импульсов этих токов, которая равна половине периода работы схемы (фиг. 3 и 4). В режиме дискретной передачи мощности трансформатором рост I ¯ 1
Figure 00000045
и I ¯ o u t
Figure 00000046
при увеличении регулирующего параметра D связан как с возрастанием мгновенных значений токов I1 и I2, так и с увеличением длительности импульсов этих токов (фиг. 5).- Values I ¯ one
Figure 00000043
and I ¯ o u t
Figure 00000044
increase if the control parameter D is increased. In the continuous transfer of power by the transformer, this increase is caused by an increase in the instantaneous current values I 1 and the linearly instantaneous current values I 2 associated with them. In this case, the pulse duration of these currents, which is equal to half the period of operation of the circuit, is unchanged (Figs. 3 and 4). Discrete Power Transformer Growth I ¯ one
Figure 00000045
and I ¯ o u t
Figure 00000046
with an increase in the control parameter, D is associated both with an increase in the instantaneous values of the currents I 1 and I 2 , and with an increase in the pulse duration of these currents (Fig. 5).

- При понижении ровня Uout выходного напряжения, с которым напряжение U1 на первичной обмотке 9 трансформатора 10 связано коэффициентом трансформации, величина d I 1 d t

Figure 00000047
возрастает. Соответственно возрастают мгновенные и амплитудные значения токов I1 и I2, а также значения величин I ¯ 1
Figure 00000048
и I ¯ o u t
Figure 00000049
. При этом все перечисленные величины остаются ограниченными при любом уровне Uout, включая Uout→0 (режим короткого замыкания на выходе).- When lowering the level U out of the output voltage with which the voltage U 1 on the primary winding 9 of the transformer 10 is associated with a transformation coefficient, the value d I one d t
Figure 00000047
increasing. Accordingly, the instantaneous and amplitude values of the currents I 1 and I 2 increase, as well as the values of I ¯ one
Figure 00000048
and I ¯ o u t
Figure 00000049
. Moreover, all the listed values remain limited at any level of U out , including U out → 0 (output short circuit mode).

- По отношению к конденсатору выходного фильтра 17, шунтированному нагрузкой 18, остальная часть схемы преобразователя выступает в виде эквивалентного источника тока. Ток эквивалентного источника представляется в виде последовательности однополярных импульсов тока, плавно от нуля нарастающих и плавно до нуля спадающих. В режимах работы, близких к режиму максимальной выходной мощности, импульсы тока следуют непрерывно (без пауз). При низких уровнях выходной мощности импульсы разделены паузами.- With respect to the capacitor of the output filter 17, shunted by the load 18, the rest of the converter circuit acts as an equivalent current source. The current of the equivalent source is represented as a sequence of unipolar current pulses, gradually increasing from zero and gradually decreasing to zero. In operating modes close to the maximum output power mode, current pulses follow continuously (without pauses). At low output power levels, the pulses are separated by pauses.

- Преобразователь как регулятор среднего значения тока, передаваемого в цепь нагрузки, может быть охарактеризован семейством регулировочных характеристик по току. Оно представляется совокупностью функциональных зависимостей I ¯ o u t ( D )

Figure 00000050
, каждая из которых отвечает определенному значению напряжения U1, связанному с выходным напряжением Uout коэффициентом трансформации. Функции I ¯ o u t ( D )
Figure 00000051
монотонно нарастают при увеличении регулирующего параметра D. В семействе каждая из функций расположена "тем выше", чем меньше значение U1, которому эта функция отвечает. В качестве примера на фиг. 6 дано семейство регулировочных характеристик по току, полученное в результате моделирования процессов в схеме. Электрические величины на фиг. 6 представлены в относительных единицах (relative). При этом приняты следующие обозначения: U r = U 1 E
Figure 00000052
; I r = I ¯ o u t ( D ) I n o r m
Figure 00000053
, где в качестве "нормирующей константы" Inorm принято среднее значение тока, передаваемого в цепь нагрузки, которое соответствует режиму работы с параметрами Ur=0.1, D=1.- The converter as a regulator of the average value of the current transmitted to the load circuit can be characterized by a family of current-regulating characteristics. It is represented as a set of functional dependencies I ¯ o u t ( D )
Figure 00000050
, each of which corresponds to a specific voltage value U 1 associated with the output voltage U out by the transformation coefficient. Functions I ¯ o u t ( D )
Figure 00000051
monotonously increase with increasing regulatory parameter D. In the family, each of the functions is located "the higher", the smaller the value of U 1 to which this function corresponds. As an example in FIG. Figure 6 shows a family of current control characteristics obtained as a result of modeling processes in the circuit. The electrical quantities in FIG. 6 are presented in relative units. The following notation is accepted: U r = U one E
Figure 00000052
; I r = I ¯ o u t ( D ) I n o r m
Figure 00000053
, where the average value of the current transmitted to the load circuit, which corresponds to the mode of operation with the parameters U r = 0.1, D = 1, is taken as the “normalizing constant” I norm .

- Преобразователь как регулятор среднего значения мощности, передаваемой в цепь нагрузки, может быть охарактеризован семейством характеристик регулирования выходной мощности. Оно представляется совокупностью функциональных зависимостей P ¯ o u t ( D )

Figure 00000054
, каждая из которых отвечает определенному значению напряжения U1, связанному с выходным напряжением Uout коэффициентом трансформации. Каждая из функций P ¯ o u t ( D )
Figure 00000055
представляется в виде произведения P ¯ o u t ( D ) = U o u t I ¯ o u t ( D )
Figure 00000056
. Его второй сомножитель монотонно нарастает при увеличении регулирующего параметра D, достигая максимального значения I ¯ o u t , max
Figure 00000057
, отвечающего условию D=1. Тем же свойством обладают функции P ¯ o u t ( D )
Figure 00000058
семейства регулировочных характеристик по мощности, причем максимум каждой из функций P ¯ o u t ( D )
Figure 00000059
представляется в виде P o u t , max = U o u t I ¯ o u t , max
Figure 00000060
. Второй сомножитель произведения U o u t I ¯ o u t , max
Figure 00000061
возрастает при уменьшении первого сомножителя. Поэтому произведение в целом обладает экстремумом, если величины Uout и U1, которые связаны между собой коэффициентом трансформации, изменяются от нуля до максимума (максимум U1 ограничен значением, равным Е). Вблизи экстремума значения Pout,max, отвечающие ряду уровней выходного напряжения, незначительно отличаются друг от друга. Это означает, что устройство обладает свойством параметрической стабилизации максимального уровня выходной мощности по отношению к изменению выходного напряжения (или напряжения питания). В качестве примера на фиг. 7 дано семейство характеристик регулирования выходной мощности, полученное в результате моделирования процессов в схеме. Электрические величины на фиг. 7 представлены в относительных единицах (relative). При этом приняты обозначения: U r = U 1 E
Figure 00000062
; P r = P ¯ o u t ( D ) P n o r m
Figure 00000063
, где Pnorm=1000.- The converter as a regulator of the average value of the power transmitted to the load circuit can be characterized by a family of characteristics for regulating the output power. It is represented as a set of functional dependencies P ¯ o u t ( D )
Figure 00000054
, each of which corresponds to a specific voltage value U 1 associated with the output voltage U out by the transformation coefficient. Each function P ¯ o u t ( D )
Figure 00000055
submitted as a work P ¯ o u t ( D ) = U o u t I ¯ o u t ( D )
Figure 00000056
. Its second factor monotonously increases with increasing control parameter D, reaching a maximum value I ¯ o u t , max
Figure 00000057
corresponding to the condition D = 1. Functions have the same property. P ¯ o u t ( D )
Figure 00000058
family of power control characteristics, with the maximum of each function P ¯ o u t ( D )
Figure 00000059
represented as P o u t , max = U o u t I ¯ o u t , max
Figure 00000060
. The second factor of the work U o u t I ¯ o u t , max
Figure 00000061
increases with decreasing first factor. Therefore, the product as a whole has an extremum if the values of U out and U 1 , which are connected by a transformation coefficient, vary from zero to a maximum (maximum U 1 is limited by a value equal to E). Near the extremum, the values of P out, max corresponding to a number of output voltage levels differ slightly from each other. This means that the device has the property of parametric stabilization of the maximum level of output power with respect to a change in the output voltage (or supply voltage). As an example in FIG. Figure 7 shows a family of characteristics for regulating the output power obtained as a result of modeling processes in the circuit. The electrical quantities in FIG. 7 are presented in relative units. In this case, the notation: U r = U one E
Figure 00000062
; P r = P ¯ o u t ( D ) P n o r m
Figure 00000063
where P norm = 1000.

Все, что было изложено выше относительно картины электрических процессов и свойств DC/DC-преобразователя с одним силовым трансформатором, схема которого представлена на фиг. 1, справедливо по отношению к схеме с несколькими трансформаторами. Пример схемы, содержащей два трансформатора, дан на фиг. 8.All that has been stated above regarding the picture of electrical processes and the properties of a DC / DC converter with one power transformer, the circuit of which is presented in FIG. 1 is true for a multi-transformer circuit. An example of a circuit comprising two transformers is given in FIG. 8.

Схема на фиг. 8 по отношению к схеме на фиг. 1 дополнена вторым трансформатором 19. Его первичная обмотка 20 включена последовательно в цепь первичной обмотки 9 трансформатора 10. Вторичная обмотка 21 трансформатора 19 через выпрямитель, образованный диодами 22, 23, 24 и 25, подключена к конденсатору 17 выходного фильтра.The circuit of FIG. 8 with respect to the circuit of FIG. 1 is supplemented by a second transformer 19. Its primary winding 20 is connected in series to the primary winding circuit 9 of the transformer 10. The secondary winding 21 of the transformer 19 is connected to the output filter capacitor 17 through a rectifier formed by diodes 22, 23, 24 and 25.

Отличие в описании процессов в схеме на фиг. 8 по отношению к схеме на фиг. 1 состоит только в том, что напряжение U1 равно сумме напряжений на первичных обмотках 9 и 20. В остальном как электрические процессы в схемах на фиг. 1 и 8, так и свойства этих схем идентичны.The difference in the description of the processes in the circuit of FIG. 8 with respect to the circuit of FIG. 1 consists only in the fact that the voltage U 1 is equal to the sum of the voltages on the primary windings 9 and 20. Otherwise, like electrical processes in the circuits of FIG. 1 and 8, and the properties of these schemes are identical.

Claims (1)

Способ управления мостовым преобразователем напряжения, содержащим транзисторы (силовые управляемые ключи), образующие мостовую схему, и двухполюсник нагрузки мостовой схемы, первый и второй транзисторы мостовой схемы, соединенные последовательно, образуют первую транзисторную цепь, которая включена между шинами питания, третий и четвертый транзисторы мостовой схемы, соединенные последовательно, образуют вторую транзисторную цепь, которая включена между шинами питания, средние точки первой и второй транзисторных цепей являются соответственно первым и вторым выводами выходной цепи мостовой схемы, и с ними соединены первый и второй выводы двухполюсника, выполненного в виде соединенных последовательно индуктивного и емкостного накопителей энергии, а также первичной обмотки трансформатора (или первичных обмоток нескольких трансформаторов), у которого (у которых) вторичная обмотка (вторичные обмотки) через выпрямитель (через выпрямители) подключена (подключены) к конденсатору выходного фильтра, отличающийся тем, что формируют две последовательности парафазных импульсных сигналов - первую и вторую, причем вторую последовательность парафазных импульсных сигналов сдвигают относительно первой последовательности на регулируемое время, управление первого и второго транзисторов осуществляют парафазными импульсными сигналами первой их последовательности, а управление третьего и четвертого транзисторов - парафазными импульсными сигналами второй их последовательности. A method for controlling a bridge voltage converter containing transistors (power controlled keys) forming a bridge circuit and a bipolar load bridge bridge, the first and second bridge transistors connected in series form the first transistor circuit that is connected between the power buses, the third and fourth bridge transistors circuits connected in series form a second transistor circuit that is connected between the power buses, the midpoints of the first and second transistor circuits are respectively Accordingly, the first and second terminals of the output circuit of the bridge circuit, and the first and second terminals of a two-terminal network connected to them are made in the form of inductive and capacitive energy storage devices connected in series, as well as the primary winding of a transformer (or primary windings of several transformers) in which (for which) the secondary winding (secondary windings) through the rectifier (through the rectifiers) is connected (connected) to the capacitor of the output filter, characterized in that two sequences of paraphase pulses are formed waist signals - first and second, and second sequence paraphase pulse signals are shifted relative to the first sequence at adjustable time control of the first and second transistors is carried paraphase pulse signals of the first sequence, and control the third and fourth transistors - paraphase pulse signals of the second sequence.
RU2014125884/07A 2014-06-26 2014-06-26 Voltage converter control method RU2572002C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014125884/07A RU2572002C1 (en) 2014-06-26 2014-06-26 Voltage converter control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014125884/07A RU2572002C1 (en) 2014-06-26 2014-06-26 Voltage converter control method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2572002C1 true RU2572002C1 (en) 2015-12-27

Family

ID=55023429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014125884/07A RU2572002C1 (en) 2014-06-26 2014-06-26 Voltage converter control method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2572002C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001359279A (en) * 2000-06-12 2001-12-26 Sony Corp Bridge-type dc-dc converter
EP1227571A2 (en) * 2001-01-24 2002-07-31 Nissin Electric Co., Ltd. DC-DC converter and bi-directional DC-DC converter and method of controlling the same
DE60120800T2 (en) * 2000-01-11 2006-11-09 Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo Switching power supply unit
RU2335841C1 (en) * 2007-08-10 2008-10-10 Георгий Маркович Мустафа High-voltage dc voltage converter with filter-compensating circuit and method of controlling its output power
WO2011161729A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 株式会社 日立製作所 Dc-dc converter
RU112538U1 (en) * 2011-07-07 2012-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ГОУВПО "ТУСУР") DC CONVERTER OF DC WELDING ARC OF DC
US8587252B2 (en) * 2010-05-21 2013-11-19 C.R.F. Societa Consortile Per Azioni System and method for digital control of a DC/DC power-converter device, in particular for automotive applications
RU2510862C1 (en) * 2012-09-04 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Stabilised quasiresonent converter

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60120800T2 (en) * 2000-01-11 2006-11-09 Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo Switching power supply unit
JP2001359279A (en) * 2000-06-12 2001-12-26 Sony Corp Bridge-type dc-dc converter
EP1227571A2 (en) * 2001-01-24 2002-07-31 Nissin Electric Co., Ltd. DC-DC converter and bi-directional DC-DC converter and method of controlling the same
RU2335841C1 (en) * 2007-08-10 2008-10-10 Георгий Маркович Мустафа High-voltage dc voltage converter with filter-compensating circuit and method of controlling its output power
US8587252B2 (en) * 2010-05-21 2013-11-19 C.R.F. Societa Consortile Per Azioni System and method for digital control of a DC/DC power-converter device, in particular for automotive applications
WO2011161729A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 株式会社 日立製作所 Dc-dc converter
RU112538U1 (en) * 2011-07-07 2012-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ГОУВПО "ТУСУР") DC CONVERTER OF DC WELDING ARC OF DC
RU2510862C1 (en) * 2012-09-04 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Stabilised quasiresonent converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4765081B2 (en) Method and apparatus for reducing audible frequencies in switching power supplies
EP3453099B1 (en) Wireless power transfer system
CN105874701B (en) High-frequency series AC voltage regulator
JP2017532943A (en) Intrinsic power factor correction method and apparatus
US20160294221A1 (en) Secondary-Side Output Boost Technique in Power Converters and Wireless Power Transfer Systems
US7821801B2 (en) Power factor correction method for AC/DC converters and corresponding converter
RU2455746C2 (en) Two-stroke bridge converter
EP2976831B1 (en) Electronic sine wave transformer
RU2572002C1 (en) Voltage converter control method
Keeling et al. Unity power factor inductive power transfer pick-up for high power applications
RU2717232C1 (en) Two-cycle resonance dc-dc converter
Chow et al. Online regulation of receiver-side power and estimation of mutual inductance in wireless inductive link based on transmitter-side electrical information
RU2325752C1 (en) Alternating current voltage regulator
US9923480B2 (en) DC-to-AC power converter with high efficiency
RU2745365C1 (en) Energy efficient power supply system of induction heating unit
RU2717234C1 (en) Two-stroke resonance voltage converter
RU2817329C1 (en) Magnetically coupled power factor corrector with passive valve element and constant output voltage stabilization
RU2798943C1 (en) Adjustable transformer-rectifier device
RU2520572C1 (en) Power supply source for electric installations
RU2817315C1 (en) Magnetically coupled power factor corrector with constant output voltage stabilization
Yun et al. A simple DC-link balancing controller for a solid-state transformer using cascaded H-bridge rectifiers
EP0481353B1 (en) High power power supply
JP2002510458A (en) Circuit structure
SU1001376A1 (en) Three-phase ac-to-dc voltage
RU95197U1 (en) FREQUENCY CONVERTER

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160627